بخشی از مقاله
کلید واژه: تحلیل مقدارحدي، طوفان استوایی، دوره بازگشت، دریاي عمان.
مقدمه
طوفانهاي استوایی سیستمهاي چرخشی کم فشار در مناطق استوایی هستند که در نیمکره شمالی، درجهت خلاف عقربههاي ساعت به دور خود میچرخند. گستردگی حرکت آنها بین 800-150 کیلومتر بوده و در طول سطح دریا با سرعت 500-300 کیلومتر در روز پیشروي میکند. انرژي امواج بزرگ این طوفانها با نزدیک شدن به سواحل به تاثیرگذاري قابل توجهی منجر شده و در بسیاري مناطق مخرب ترین امواج منطقه را تشکیل می دهند. به همین دلیل در بسیاري از مناطق امواج ناشی از توفانهاي استوایی - حاره اي - شرایط غالب موج طراحی سازه ها را در امتداد این خطوط ساحلی تشکیل می دهند.
از آنجایی که سواحل جنوبی ایران در مرز دریاي عمان به شکل تصادفی تحت تاثیر طوفانهاي استوایی قرار دارند، تحلیل آماري این طوفانها اهمیت ویژهاي دارد. بدلیل بالاتر بودن ارتفاع این امواج از مقادیر متناظر ناشی از پدیدههاي دیگر جوي مانند بادهاي موسمی جنوب غربی یا باد شمال، این امواج علی رغم فراوانی وقوع کم امواج طراحی سواحل دریاي عمان محسوب می شوند. در تحقیق حاضر طوفانهاي استوایی اقیانوس هند که در فاصله سالهاي 1945 تا 2009 میلادي به محدوده 1000 کیلومتري سواحل ایران نزدیک شدهاند مورد مطالعه قرار گرفته است. [4] شکل 1 مسیر و سرعت این طوفانهاي استوایی را نشان می دهد. همانگونه که مشاهده می شود اغلب این طوفانها به سمت غرب و عمان حرکت کرده و یا در حین حرکت به غرب دور زده با حرکت به سمت شرق به طرف پاکستان می روند.[5]
شدیدترین طوفان ثبت شده در این بازه زمانی طوفان گنو میباشد که بر خلاف مسیر معمول طوفانهاي استوایی شمال اقیانوس هند و دریاي عرب مسیر آن بسیار به سمت غرب و شمال متمایل شد. برررسی داده هاي طوفانهاي اقیانوس هند همچنین نشان می دهد که اصولا اغلب طوفان هاي استوایی در منطقه اقیانوس هند و خلیج بنگال روي داده اند به گونه اي که در فاصله سالهاي 1945 تا 2009 میلادي از 648 طوفان رخ داده در منطقه اقیانوس هند و دریاي عمان 548 طوفان در منطقه اقیانوس هند به وقوع پیوسته و تنها 100 طوفان در 1000 کیلومتري ساحل ایران در دریاي عرب و دریاي عمان رخ داده است . [4]
آنالیز مقدار حدي
تحلیل و آنالیز مقادیر حدي حوادث طبیعی از قبیل زمین لرزه، سیل هاي شدید، بارش سنگین برف، درجه حرارت بالاي هوا و یا طوفان هاي سهمگین در مناطق آسیب پذیر از اهمیت ویژه اي برخوردار است. مهندسان معمولا توزیع عمومی مقادیر حدي - EVD - ، که مدل احتمالاتی مناسبی براي ارزیابی خطرات ناشی از وقایع بزرگ و نادر می باشد را در تحلیل رویدادهاي حدي بکار می برند. اغلب تحلیلگران اقتصادي نیز از همین روش در بررسی نوسانات شدید ارز استفاده می کنند. در نظریه آمار و احتمالات توزیع عمومی مقادیر حدي از خانواده توزیع هاي احتمالاتی پیوسته می باشد که از ترکیب توزیع هاي گامبل، ویبل، فیشر تشکیل شده است. استفاده از روشهاي و تحلیل هاي آماري براي ارزیابی پدیدههایی که اطلاعات دریایی چندین ساله را شامل میشوند، یکی از بخشهاي عمده در اغلب کاربردهاي طراحی در مهندسی سواحل است.
دادههایی که براي تحلیل و آنالیز حدي انتخاب میشوند، فقط میبایست از رویدادهاي مهم وبحرانی از میان مجموعه دادههاي تاریخچه زمانی ثبت شده، برگزیده شوند. علاوه بر این هریک از مقادیر دادهها میبایست از رویدادهاي کاملا مختلفی باشد تا از استقلال آماري دادهها اطمینان حاصل شود. هر یک از رویدادها نیز میبایست نمایانگر یک نوع خاص از پدیدههاي حاکم باشند که بر اساس موضوع طراحی و در منطقه مورد نظر میتوانند رخ دهند. فرض میشود که ساختار آماري حاکم بر پدیدههاي حدي در دوره اندازهگیري و در آینده وضعیت ثابت و نسبتا یکنواختی دارد - مثلا هیچ گونه افزایش سیستماتیک در رخداد این پدیدهها ناشی لز عواملی همچون گرمایش کلی سطح زوین ایجاد نمیگردد - .
در روش تحلیل شرایط حدي استفاده از یک سري کامل اطلاعات اقلیم شناسی توصیه نمیشود. این مجموعه شامل اطلاعات تکراري ناشی از یک طوفان سهمگین اصلی را در خود جاي داده است و به این ترتیب یک یا چند طوفان شدید عملا حاکم بر شرایط حدي میگردند. شیوه مطلوب براي انتخاب دادهها این است که حداکثر مقادیر از هر رویداد حدي انتخاب شود تا به این ترتیب یک سري دورهاي جزئی1 از مقادیر حدي ایجاد گردد. به طور کلی طوفانهاي استوایی رخ داده میتوانند در محدودهاي از حوادث کوچک و ضعیف تا حداکثر طوفانهاي بسیار شدید دستهبندي شوند. سري دورهاي جزئی اغلب پیرایش میشود بطوریکه مثلا مقادیر کمتر از یک حد - آستانه - مشخص در آن حذف گردد. بنابراین تحلیل برون یابی بر روي یک سري کوتاه شده از اطلاعات انجام میشود که واقعا نشانگر رویدادهاي مهم و شاخص است. روش پذیرفته شده دیگر براي پردازش دادههاي اولیه این است که حداکثر مقادیر رخ داده شده در سال انتخاب گردد که در این صورت یک سري حداکثر سالانه2 به وجود میآید. شکل 2 توزیع آماري طوفانهاي روي داده در اقیانوس هند و وارد شده به 1000 کیلومتري ساحل ایران را به تفکیک سال وقوع نشان میدهد. [4] همچنین آنالیز و تحلیل مقادیر حدي رویدادها را در حالت کلی میتوان با دو روش مختلف غیر پارامتریک و پارامتریک انجام شود.
روش غیر پارامتریک
روشهاي ترسیم گرافیکی - Graphical Plotting Techniques - GPT - ، نظیر روش میانگین مرتبهها که در آن اصول کار بر اساس رتبه بندي اطلاعات از مقادیر حداکثر سالانه در n سال می باشد، از جمله روشهاي غیر پارامتریک محسوب میشوند .[6] روش غیر پارامتریک روشی ساده براي محاسبه دوره بازگشت میباشد که در آن سري داده ها تنها با انتخاب داده هاي حداکثر سالانه - یک مقدار در سال - ساخته می شود. در این روش حداقل دوره زمانی اطلاعات در دسترس برابر با 20 سال است تا حداقل بیست داده قابل حصول باشد. اگر چه مستقل بودن داده هاي اخذ شده از محاسن روش غیر پارامتریک محسوب می شود اما این روش معایبی نیز دارد. از جمله عیوب روش غیر پارامتریک می توان به موارد زیر اشاره کرد:
در سال هایی که تعداد طوفان هاي زیادي اتفاق میافتد مقادیري که در مرتبه دوم و سوم - به لحاظ بزرگی - واقع می شوند در سري حداکثر سالانه قرار نگرفته و بنابراین نمونههاي اخذ شده نمی توانند بخوبی معرف جامعه آماري طوفانها باشد. در صورت کم بودن تعداد سال هاي آماري - مثلا حدود ده سال - تجزیه و تحلیل اطلاعات بدلیل کوچکی جامعه آماري قابل اعتماد نبوده و در نتایج حاصله عدم قطعیت قابل ملاحظهاي وجود دارد. اگر F - xi - احتمال وقوع طوفانی با شدت کمتر از xi و T - xi - دوره بازگشت طوفانهاي با سرعت بالاتر از xi فرض شود، خواهیم داشت: در آن n تعداد دادهها - تعداد سالهاي دوره آماري - میباشد.
با توجه به اینکه اطلاعات مسیر طوفانهاي استوایی از سال 1945 به بعد در دسترس است ولی داده هاي داراي سرعت باد تنها از سال 1975 موجود میباشند و تنها اطلاعات مربوط به مسیر طوفانهاي استوایی در این بازه زمانی مشخص میباشد. شکل 3 حداکثر سرعت طوفان هاي استوایی در محدوده 1000 کیلومتري سواحل ایران را بین سالهاي 1975 تا 2009 نشان میدهد. [4]
